Какие металлы не окисляются

Химические свойства металлов

Характерным химическим свойством металлов является их восстановительная активность, т.е. способность переходить в состояние положительно заряженного иона, теряя при этом электроны:

Количественно восстановительная активность металлов определяется: величиной Еи атома металла (для реакций, протекающих в газовой фазе); величиной стандартного электродного потенциала металла j°iCn/мс (для реакций, протекающих в растворах). При этом следует иметь в виду тот факт, что величина j? Ме п+/ Me изменяется в зависимости от условий процесса, т.к. образовавшиеся ионыМе п+ могут участвовать в процессе комплексообразования.

Восстановительная активность металлов проявляется при взаимодействии их с окислителями.

Отношение металлов к окислителям — простым веществам

Металлы чаще всего реагируют со следующими окислителями — простыми веществами: кислородом, галогенами, серой, азотом, водородом.

Отношение металлов к кислороду.

Большинство металлов окисляется кислородом воздуха, но при различных условиях:

Какие металлы, кроме железа, притягиваются магнитом?

По отношению к кислороду все металлы принято подразделять на 4 группы:

Металлы, активно окисляющиеся кислородом воздуха при обычных условиях. К ним относят: элементы 1А, ПА (кроме бериллий, магний), ШБ (кроме скандия) групп. При взаимодействии указанных металлов с кислородом могут образовываться различные продукты:

Z N ci + U — N cV2 О 2

пероксид натрия — Ѕ

Металлы, окисляющиеся только с поверхности (с образованием плотной оксидной пленки, предохраняющей металл от дальнейшего окисления). К этой группе металлов относят берилий, магний, скандий, алюминий, цинк, хром, свинец. Например, при окислении алюминия образуется оксидная пленка толщиной менее 30 нм, которая защищает металл от дальнейшего окисления.

Металлы, не окисляющиеся при обычных условиях кислородом воздуха (кобальт, никель медь, теллур, рений, висмут и др.) окисляются при нагревании. Поверхностный слой (преимущественно оксидного характера) при этом металл не защищает.

Металлы, для которых устойчивы высшие степени окисления, в частности, элементы У1Б-группы, окисляются с образованием высших оксидов.

Металлы не окисляющиеся кислородом в отсутствие других реагентов: золото, серебро, палладий, иридий, платина. Для оксидов этих металлов величина D) G° (298 К) > 0, следовательно, образующиеся оксиды этих металлов должны распадаться в момент образования.

В некоторых случаях металлы, не взаимодействующие с кислородом, окисляются им в присутствии других соединений. Например, молекулы аммиака, способствующие комплексообразованию, облегчают процесс окисления меди кислородом.

Медные изделия на воздухе покрываются зеленоватым налетом — патиной, состоящей преимущественно из основного карбоната меди.

Серебряные предметы на воздухе темнеют из-за образования на поверхности металла сульфида серебра.

Медь, серебро и золото растворяются в цианидах (в присутствии кислорода).

8. КАКИЕ МЕТАЛЛЫ РЕАГИРУЮТ С ВОДОЙ/ Нужно знать/ ЕГЭ химия 2020

Аллотропная модификация кислорода — озон (02) также является достаточно сильным окислителем, взаимодействующим даже с малоактивными металлами.

Отношение металлов к галогенам.

Практически все металлы при нагревании окисляются галогенами (F2, СЬ, Вг2,12) с образованием соответствующих галидов (при обычных условиях с галогенами взаимодействуют только элементы 1А-группы).

Большинство металлов взаимодействуют с галогенами при нагревании.

Отношение металлов к сере.

Ртуть с серой взаимодействует при стандартных условиях.

Все остальные металлы (за исключением золота, платины, палладия) взаимодействуют с серой при нагревании.

Отношение металлов к азоту.

При обычных условиях с азотом взаимодействует только литий. Натрий, калий, рубидий, цезий — взаимодействуют с азотом в электрическом разряде. Алюминий, марганец, магний, а также элементы ШБ, IVB, VB, VIB — групп взаимодействуют с азотом при нагревании.

Не взаимодействуют с азотом элементы IB, ПБ, VIПБ — групп, а также — олово, свинец, висмут, технеций, рений.

Отношение металлов к водороду.

При нагревании с водородом взаимодействуют металлы 1А и ПА — групп. Окислителем в данных реакциях является водород.

С остальными металлами водород непосредственно не реагирует, но образует со многими из них твердые растворы. Это приводит к повышению хрупкости и снижению пластичности металла.

Способность некоторых металлов (алюминий, элементы УБ, VIB, УШБ — групп) поглощать (адсорбировать) своей поверхностью значительные объемы водорода широко используют в катализе. Так, один объем палладия при 80°С может поглотить до 900 объемов водорода, что позволяет использовать его (как и некоторые другие металлы, например, никель) в качестве катализатора в реакциях гидрирования (восстановления водородом).

Отношение металлов к окислителям — сложным веществам.

В качестве окислителей сложного состава, с которыми чаще всего контактируют металлы, обычно рассматривают воду, водные растворы щелочей и кислот.

По химической активности в водных средах все металлы условно делят на: активные — стоящие в ряду напряжений от лития по алюминий (включительно), средней активности — стоящие в ряду напряжений от алюминия до водорода, малоактивные — стоящие в ряду напряжений после водорода.

Следует отметить, что восстановительная активность металлов может существенно изменяться в зависимости от условий протекания реакции. В частности, при комплексообразовании величина электродного потенциала металла значительно уменьшается.

Аналогичный характер изменения величины электродного потенциала металла наблюдают, если в процессе реакции образуются малорастворимые соединения.

Отношение металлов к воде.

В реакциях данного типа роль окислителя играют ионы водорода, образующиеся при диссоциации молекул воды. При pH = 7 jAm m = "0.41 В, следовательно, с водой теоретически могут реагировать все металлы, имеющие величину j° меньше — 0,41 В. Реально же наблюдается следующее:

а) активные металлы интенсивно взаимодействуют с водой, вытесняя при этом водород.

Аналогичная реакция с магнием протекает при нагревании, исключения составляют: — берилий, алюминий и скандий, поверхность которых покрыта прочными оксидными пленками, нерастворимыми в воде; магний, образующийся гидроксид которого — Mg (OH) 2, малорастворим;

б) металлы средней активности при стандартных условиях с водой практически не реагируют, т.к. они или покрыты оксидными пленками, или образуют труднорастворимые гидроксиды (хром, никель, цинк) на поверхности металлов. Данные металлы могут разлагать воду при достаточно высоких температурах (до 1000°С).

в) малоактивные металлы с водой при обычных условиях не взаимодействуют, поскольку величина их стандартного электродного потенциала значительно больше потенциала окислителя (-0,41 В) и термодинамически данная реакция невозможна.

Отношение металлов к водным растворам щелочей.

С водными растворами щелочей взаимодействуют металлы, расположенные в ряду напряжений до водорода и образующие амфотерные гидроксиды: берилий, алюминий, цинк, хром, олово, свинец. Взаимодействие часто обусловлено сдвигом величины электродного потенциала металла в сторону отрицательных значений за счет процесса образования гидроксокомплексов. Тем не менее, данный процесс возможен. Его можно представить в виде двух более простых:

1) взаимодействие металла с водой.

2) растворение образующегося амфотерного гидроксида в избытке щелочи с образованием гидроксокомплекса.

Отношение металлов к кислотам.

По окислительной активности кислоты условно делят на 2 группы:

1) кислоты — слабые окислители. В растворах этих кислот окислителем является ион водорода.

2) кислоты — сильные окислители. Окислителями в растворах этих кислот являются кислородсодержащие анионы.

Отношение металлов к кислотам — слабым окислителям.

Величина стандартного электродного потенциала окислителя (Н+) при pH = 0 равна j°2ii+л 12 = О В. Следовательно, металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода (j°MCn — мс < 0), должны вытеснять его из растворов этих кислот. Исключение составляют металлы, которые при взаимодействии с данными кислотами образуют труднорастворимые соединения.

Некоторые малоактивные металлы, не взаимодействующие с разбавленными растворами кислот — слабых окислителей, взаимодействуют с концентрированными растворами этих же кислот. В частности, медь не взаимодействует с разбавленными растворами соляной кислоты, но растворяется в ее концентрированных растворах за счет процесса комплексообразования.

Ряд металлов, для которых характерны устойчивые соединения в высшей степени окисления образуют анионные комплексы.

Отношение металлов к кислотам — сильным окислителям.

а). Отношение металлов к концентрированной серной кислоте.

Окислителем в концентрированных растворах серной кислоты является сера в ионах HSCV, SO4 2 ‘. В зависимости от активности металла он может восстанавливаться до H2S, S или до S02. Кроме этих соединений, во всех трех случаях основными продуктами реакции также являются соответствующая соль (сульфат или гидросульфат) и вода.

Некоторые металлы взаимодействуют с концентрированными и разбавленными растворами серной кислоты неодинаково. Так, олово с разбавленной серной кислотой образует соль катионного типа, повышая свою степень окисления до (+2), а с концентрированной серной кислотой образует соль, в которой олово находится в высшей степени окисления (+4).

В концентрированных растворах серной кислоты пассивируются на холоду алюминий, хром, железо, кобальт, никель, титан, цирконий, гафний, молибден, вольфрам и др.

Не взаимодействуют с серной кислотой: платина, золото, рутений, родий, иридий, и др.

б). Отношение металлов к разбавленной азотной кислоте.

Окислителем в растворах азотной кислоты является нитрат-ион: N0/.

Как и в предыдущем случае, состав основных продуктов реакции определяется активностью металла, участвующего во взаимодействии.

Пассивация — торможение (или полное прекращение) химического процесса за счет продуктов взаимодействия (образование труднорастворимых оксидных, гидроксидных, солевых и иных пленок на поверхности металла). Пассивируются в разбавленных растворах азотной кислоты (на холоду) алюминий, молибден, вольфрам и др. Не взаимодействуют: платина, золото, рутений, родий, иридий.

в). Отношение металлов к концентрированной азотной кислоте.

В отличие от взаимодействия металлов с разбавленной HN03 в данном случае состав продуктов реакции менее разнообразен. В большинстве случаев нитрат-ион восстанавливается до N02. Часто процесс протекает при нагревании. Ряд элементов, имеющих высокие (+4 и более) степени окисления при взаимодействии с концентрированной азотной кислотой образует гидроксиды (оксиды) в данной степени окисления.

Пассивируются в концентрированных растворах азотной кислоты (на холоду) бериллий, алюминий, хром, железо, кобальт, никель, титан, цирконий, гафний, свинец, висмут но при нагревании ряд металлов начинает активно взаимодействовать с азотной кислотой. Не взаимодействуют: платина, золото, иридий, рутений, родий, ниобий, тантал.

г). Отношение металлов к смесям кислот.

Ряд малоактивных металлов (золото, рутений, смий) не растворяется (или очень плохо) в перечисленных выше кислотах — сильных окислителях. Однако, в смесях кислот, в частности, HN03 + ЗНС1 ("царская водка”) эти металлы растворяются. Вместо соляной кислоты при растворении ряда металлов предпочтительнее использовать HF (плавиковая кислота).

Отношение металлов к смесям окислителей.

Для решения ряда технологических вопросов, связанных с получением или обработкой некоторых металлов, иногда приходится использовать в качестве окислителей различные смеси сложных веществ. Можно привести процессы окисления ряда металлов в щелочной среде:

Источник

Какие металлы не окисляются?

Так называемые благородные металлы. Все они являются драгоценными- платина, золото, серебро и ещё пять металлов платиновой группы- родий, палладий, осмий, рутений и иридий.

Валютными металлами является золото и серебро. Все благородные металлы имеют широкое применение- в медицине, хим. промышленности, ювелирном производстве, электронике и т.д.

Деревушка называется Иттербю, а элементы иттрий, иттербий, эрбий и тербий.

Существует. Называется LME (London Metal Exchange — Лондонская биржа металлов).

Объективной шкалы "ценности металлов" не существует и не может существовать. Ценность любой вещи измеряется её нужностью и тем, сколь сложно эту вещь заполучить, а нужность — понятие субъективное. Скажем, золото испокон веку ценилось не потому, что оно химически стойкое и обладает целой совокупностью полезных для электроники свойств, а чисто потому что так условились считать.

Красиво — раз, и редкость — два. А раз красиво и редко, то сразу появляется подход "у меня есть, а у других — нету!" А вот платина, которая сейчас ценнится почти как золото, поначалу считалась бросовым, ни на что не годным металлом, хуже серебра. И только потом, по прошествии времени, стала "драгоценным металлом", а в нынешнее времяценность платины не столько в том, что это "драгоценность", сколько в том, что это металл с потрясающей каталитической активность. Основное потребление платины — катализаторы.

Поэтому и нужны человечеству биржи: на них формируется шкала ценности товаров. Шкала, отражающая их ценность на данное время, а не "вообще". Современный мер вообще держится не на золоте, а на кремнии, меди, железе и алюминии. Плюс легирующие добавки, в число которых золото почти никогда не входит.

У металлов есть металлическая проводимость, у неметаллов — нет. У неметаллов выше электроотрицательность и они могут давать бинарные соединения с формально отрицательной степенью окисления, для металлов образование отрицательной степени окисления нехарактерно (хотя бывает). Неметаллы дают кислоты из оксидов в низких степенях окисления, металлы — нет. У неметаллов есть бинарные летучие водородные соединения (кроме благородных газов), у металлов водородные соединения нелетучи или вообще не образуются.

Собирать — да, воровать — нет. Если скупать или собирать старую или отработавшую бытовую технику и извлекать из неё цветные металлы — это вполне законно и достаточно прибыльно. Плюс, такие люди помогают в утилизации.

А если "собирать" цвет. мет. на рабочем месте или воровать где-то — это уголовно наказуемая статья, и этим заниматься не стоит.

В чём может быть дело? В микроструктуре и свойстве термодинамических фаз сплава (припоя). Кристаллическая решётка неоднородна, возожно, именно на её дефектах — атомах примесей — и зиждется такое различие в свойствах. Возможно, сейчас это просчитывается статистически, как раз для процентного соотношения компонентов.

Температура пайки для этого припоя указана 240 градусов. Притом основную массу этого припоя составляет именно олово, с минимальной из входящих в состав металлов температурой плавления.

Источник

4 типа металлов устойчивые к коррозии или нержавеющие

Мы обычно думаем о ржавчине как о оранжево-коричневых хлопьях, которые образуются на открытой стальной поверхности, когда молекулы железа в металле реагируют с кислородом в присутствии воды с образованием оксидов железа. Металлы также могут реагировать в присутствии кислот или агрессивных промышленных химикатов. Если ничто не остановит коррозию, чешуйки ржавчины будут продолжать отламываться, подвергая металл дальнейшей коррозии, пока он не распадется.

Не все металлы содержат железо, но они могут коррозировать или потускнеть в других окислительных реакциях. Чтобы предотвратить окисление и разрушение металлических изделий, таких как поручни, резервуары, приборы, кровля или сайдинг, вы можете выбирать металлы, которые «устойчивы к ржавчине» или, точнее, «устойчивы к коррозии». В эту категорию попадают четыре основных типа металлов:

• Нержавеющая сталь
• Алюминиевый металл
• Медь, бронза или латунь
• Оцинкованная сталь

Нержавеющая сталь

Типы нержавеющей стали такие, как 304 или 316, представляют собой смесь элементов и большинство из них содержат некоторое количество железа, которое легко окисляется с образованием ржавчины. Но многие сплавы нержавеющей стали также содержат высокий процент хрома (не менее 18%), который даже более активен, чем железо. Хром быстро окисляется, образуя защитный слой оксида хрома на поверхности металла. Этот оксидный слой противостоит коррозии и в то же время предотвращает попадание кислорода на нижележащую сталь. Другие элементы сплава, такие как никель и молибден, повышают его устойчивость к ржавчине.

Рекомендуем эффективный удалитель ржавчины с металлических поверхностей — «РжавоМед-У»

Алюминиевый металл

Многие самолеты сделаны из алюминия, как и детали автомобилей и мотоциклов. Это связано с его небольшим весом, а также с устойчивостью к коррозии. Алюминиевые сплавы почти не содержат железа, а без железа металл не может ржаветь, но окисляется. Когда сплав подвергается воздействию воды, на поверхности быстро образуется пленка оксида алюминия. Слой твердого оксида довольно устойчив к дальнейшей коррозии и защищает лежащий под ним металл.

Медь, бронза и латунь

Эти три металла содержат мало железа или вовсе его не содержат, поэтому не ржавеют, но могут вступать в реакцию с кислородом. Медь со временем окисляется, образуя зеленую патину, которая фактически защищает металл от дальнейшей коррозии. Бронза представляет собой смесь меди и олова, а также небольшого количества других элементов, и, естественно, гораздо более устойчива к коррозии, чем медь. Латунь – это сплав меди, цинка и других элементов, которая также устойчива к коррозии.

Оцинкованная сталь

Оцинкованная сталь долго ржавеет, но со временем она ржавеет. Это углеродистая сталь, оцинкованная или покрытая тонким слоем цинка. Цинк действует как барьер, не позволяющий кислороду и воде достигать стали, поэтому она защищена от коррозии. Даже если цинковое покрытие поцарапано, оно продолжает защищать близлежащие участки лежащей под ним стали за счет катодной защиты, а также путем формирования защитного покрытия из оксида цинка. Как и алюминий, цинк очень реактивен по отношению к кислороду в присутствии влаги, а покрытие предотвращает дальнейшее окисление железа в стали.

Источник

Какие металлы не подвержены коррозии?

Алексей Петров 04 марта 2021 14:00 источник: раздел: Главная Статьи Дайджест

В статье рассказано о видах коррозии и способах ее исследования.

Коррозия – процесс разрушения металлического изделия под влиянием негативных факторов окружающей среды. К ним относятся кислород, оксиды углерода, вода, соединения серы и другие агрессивные вещества.

Виды коррозии и способы борьбы с ней

Сильнее всего этому процессу подвержено техническое железо. Выделяют две разновидности разрушения:

1. Химическая деградация. Металл деградирует соединяясь с окислителями, такими как кислород, хлор и другие газообразные соединения.
2. Электрохимическая. Возникает в результате контакта с растворами электролитов. При этом происходят электрохимические реакции, повреждающие структуру металлического изделия. Присутствие окислителей способно усилить этот процесс, но он может протекать и без них.

Достаточно давно были разработаны сплавы, отличающиеся устойчивостью к подобным воздействиям. Также есть чистые химические элементы не подверженные коррозии. Помимо использования спецсплавов есть и другие методы борьбы с этим явлением, например, нанесение защитных лакокрасочных покрытий. Также используется нанесение тонкого слоя устойчивых цветных металлов, таких как хром, олово либо цинк.

Металлы и соединения устойчивые к ржавчине

Хотя техническое железо крайне чувствительно к коррозии, химически чисты элемент практически не ржавеет. Это экспериментально установленный факт. Но чистое железо практически не применяется, так как не обладает нужными свойствами и значительно уступает по характеристикам различным сплавам.

Конечно предметы подверженные ржавлению можно покрыть защитным слоем, но он не является гарантией полной защиты. Даже при сохранении его целостности процесс разрушения будет идти, хотя и сильно замедленно. Если же защиту повредить – металл быстро деградирует.

Поэтому были разработаны специальные нержавеющие сплавы. В их составе помимо железа содержаться такие компоненты:

Могут использоваться и другие легирующие добавки, которые придают сплаву различные свойства, в том числе – устойчивость к ржавчине. Стоимость их относительно невелика, поэтому они широко используются во всех сферах науки и промышленности.

Например, материалы с добавкой титана находят применение в аэрокосмической отрасли так как отличаются высокой прочностью и низким весом. В медицине используется мельхиор, в химпроме широко распространены изделия из латуни.

Причем многие современные сплавы отличаются сложным составом и могут содержать десятки различных компонентов. При добавлении их в строго выверенных пропорциях можно получить материал с заданными свойствами оптимальными для будущей сферы его использования.

Источник